Der Merlion-Park in Singapur: In den Hochhäusern sind Unmengen von Beton verbaut. Aber: ohne Sand kein Beton.

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Aufbereitung eines wertvollen Rohstoffs Sand gibt es eben nicht wie Sand am Meer

14.05.2020

Eine florierende Bauindustrie ohne Sand ist undenkbar. Ironischerweise gibt es den Rohstoff aber ganz und gar nicht wie Sand am Meer. Um den Bedarf zu decken, müssen deshalb Lösungen her, die sich nicht auf natürliche Vorkommen stützen.

Laut One Stone Consulting werden weltweit rund zehn bis 15 Milliarden Tonnen pro Jahr an Bausanden benötigt. Hinzu kommen noch Industriesande, zum Beispiel für das Fracking oder die Glasindustrie. Das entspricht einem Pro-Kopf-Verbrauch an Sand von etwa zwei bis acht Tonnen im Jahr.

Insgesamt muss so eine Menge von 40 bis 50 Milliarden Tonnen an Sand und Kies abgebaut werden. Damit ist Sand der am zweitmeisten gehandelte Rohstoff nach Wasser. Da der Bedarf an Sanden schneller steigt, als dass geeignete Sandressourcen gefunden werden, wird Sand stattdessen aus Kies hergestellt oder über weite Strecken transportiert. Ökologisch sinnvoll ist dies nicht.

Der Rohstoff

Für die Baubranche wird hauptsächlich Sand aus Quarzit verwendet. Dieser besteht aus Siliziumdioxid (SiO2). Vorteilhaft ist die große Härte des Materials.

Die in der Bauindustrie üblichen Körnungen sind bei Grobsand 0,63 bis 2 mm, bei Mittelsand 0,2 bis 0,63 mm und bei Feinsand 0,063 bis 0,2 mm. Wobei die Feinstfraktion (unter 63 µm) zur Vermeidung von Silikose (Staublunge) entfernt werden muss, da diese feinen Partikel sich im Lungengewebe festsetzen und zu chronischen Entzündungen führen können.

Das Vorkommen

Einfach ausgedrückt entsteht Sand bei der Verwitterung von Gestein. Das geht bei verschiedenen Gesteinen jedoch unterschiedlich schnell. So verwittert ein Kalksandstein deutlich schneller als ein hartes Quarzgestein und sammelt sich anschließend wieder in oberflächlichen Lagerstätten. Der Anteil des Sandes liegt hier bei etwa zehn Prozent, während der Anteil der Kiese in diesen Lagerstätten 20 Prozent beträgt.

Leider kann der weltweite Bedarf nicht durch die Vorkommen in den Sandwüsten unserer Erde gedeckt werden, wie so oft gehofft. Dieser ist zu feinkörnig und rund geschliffen, sodass er nicht als Zuschlagstoff für Beton eingesetzt werden kann.

Brauchbarer Sand findet sich vor allem in Flüssen und an Küsten von Schwellenländern, wo er oftmals unreguliert gewonnen wird. Aus diesem Grund haben Länder wie Malaysia, Kambodscha, Vietnam und Indonesien den Export für Sande generell verboten.

Der Bedarf

In Deutschland warnt die Baubranche bereits vor einem Sandmangel. Die meisten Gebäude bestehen aus Beton, der wiederum zu 60 Prozent aus Sand besteht. Für jedes mittelgroße Haus werden rund 200 t, für jeden Kilometer Autobahn rund 30.000 t Sand benötigt. Und neben diesen Anwendungen findet sich der Rohstoff ebenfalls in Glas, Waschmitteln, Mikroprozessoren und vielen anderen Bereichen.

Aus diesem Grund transportieren Schiffe täglich Sand in Regionen, die Sande benötigen, aber nicht über die entsprechenden Ressourcen verfügen. Zum Beispiel importiert Singapur täglich rund 400 Lkw-Ladungen Sand, in Bangalore in Indien sind es 100 Lkw pro Tag.

Alternativ wird Sand auch direkt an Stränden oder aus Flussbetten gewonnen. Die langfristigen Folgen für die Natur und ihre Bevölkerung sind umstritten.

Die benötigten Korngrößen

Sand für die Herstellung von Beton unterliegt den einschlägigen Normen wie der DIN EN 197-1 beziehungsweise der DIN 1045-2. Sande besitzen in der Regel eine Körnung zwischen 0 bis 2 mm, während Kiese oder Splitte zwischen 2 bis 8 mm beschrieben werden. Anhand der Korngrößen entstehen folgende Abgrenzungen laut DIN 4022:

  • < 0,002 mm: Ton

  • 0,002 bis 0,063 mm: Schluff

  • 0,063 bis 0,2 mm: Feinsand

  • 0,2 bis 0,63 mm: Mittelsand

  • 0,63 bis 2,36 mm: Grobsand

Für einen üblichen Kubikmeter Beton werden etwa 150 l Wasser, 300 kg Zement, 630 kg Sand, 580 kg Feinkies und 700 kg Mittelkies benötigt. Entsprechend werden etwas mehr als 30 Prozent Bausand an der Gesamtmenge von Beton benötigt.

Die Herstellung von Sanden

Die Nutzbarmachung der Ressource Sand wird üblicherweise stationär betrieben. Dazu wird der Sand gewaschen und in entsprechende Kornklassen klassiert. Sollte die Ressource Sand nicht verfügbar sein, so können alternativ Kiese gebrochen und anschließend klassiert werden.

Während sich bei gröberen Klassierungen über 2 mm im Straßenbau mobile Brech- und Siebanlagen zur Aufbereitung bewährt haben, hat sich dieses innovative Konzept bei feineren Trennungen noch nicht durchsetzen können. Problematisch in der Feinklassierung ist die Bauart der dort eingesetzten Siebmaschinen.

Die üblicherweise verwendeten Siebmaschinen, mit einem schwingenden Gehäuse und für die feine Siebung unpassenden Amplituden und Frequenzen, erreichen nicht die geforderten Siebqualitäten. Entsprechend hat die Industrie das Konzept nicht weiterverfolgt, obwohl dies massive Vorteile für den Betreiber einer solchen Anlage bieten würde.

Setzt man jedoch eine direkt angeregte Siebmaschine auf einen gewöhnlichen Geräteträger, so lassen sich auch feine Sande direkt vor Ort im Steinbruch erzeugen. Ohne, dass diese vor der Verarbeitung erst über weite Strecken transportiert werden müssen.

Die semistationäre Erzeugung feuchter Sande

Sollte kein Sand verfügbar sein, jedoch aber Kies, so kann dieser als Rohstoff für eine semistationäre Aufbereitung eingesetzt werden. Semistationär bedeutet, dass der benötigte Sand in einer leichten Stahlkonstruktion erzeugt wird. Dies wird möglich durch die vorteilhafte Anordnung der benötigten Maschinen. Während der vermeintlich schwere Brecher in Bodennähe angeordnet wird, werden für die anschließende Feinsiebung direkt erregte statische Siebmaschinen eingesetzt.

Dies entlastet maßgeblich den Stahlbau, und die Anlage kann auch zu einem späteren Zeitpunkt mühelos versetzt werden. Das Aufgabematerial, wie auch die erzeugten Fraktionen, werden im ersten Schritt mittels Radlader direkt im Steinbruch aufgestellt und benötigen lediglich eine Grundfläche von 30 m x 20 m. Für den Betrieb einer solchen Anlage werden lediglich zwei Mitarbeiter benötigt.

Nach der Aufgabe wird der Materialstrom mittels Dosierbandwaage aus einem kleinen Vorlagebehälter abgezogen und zur Anlage befördert. Zum Schutz der Mühle werden auf dem Weg größere Metallteilchen abgeschieden. Eine energetisch effiziente Rotorprallmühle erzeugt in dieser Konfiguration die benötigten Fraktionen, die über ein Becherwerk auf ein Grobsieb transportiert werden.

Während das Überkorn wieder zurück zur Aufgabe geführt wird, verlässt die nutzbare Fraktion das Grobsieb und wird anschließend auf einer direkt erregten Magnetsiebmaschine in verkaufsfertige Fraktionen gesiebt. Diese werden für den Abtransport mittels Bändern auf kleine Halden zum Verkauf abtransportiert. Sowohl die Beschickung als auch der Abtransport erfolgen flexibel mithilfe von Radladern.

Aufgrund des Einsatzes besonders energieeffizienter Maschinen kann die Sandaufbereitungsanlage auch energieautark mithilfe eines Stromgenerators betrieben werden. Dies ist in Schwellenändern mit unsicherer Stromversorgung oder auch in abgelegenen Gebieten von Vorteil.

Zusammenfassung

Das Sprichwort „Das gibt es wie Sand am Meer!“ trifft aufgrund des immensen Verbrauchs an Sand in vielen Gebieten nicht mehr zu. Um den Sand zu den Konsumenten zu bringen, besteht die Möglichkeit, aus sandreicheren Gebieten den Sand in sandärmere Gebiete zu transportieren. An vielen Stellen auf dem Globus findet das bereits heute schon statt.

Ob dieses Vorgehen einen positiven ökologischen Fußabdruck hinterlässt, ist zweifelhaft. Sinnvoller erscheint es, in Kundennähe aus den weitaus verbreiterten Kiesen die benötigten Sandkörnungen herzustellen. Um die hierzu erforderlichen Investitionen möglichst abzusichern, ist es aus Betreibersicht sinnvoll, solche Anlagen mobil zu halten.

Auf diese Weise können Sandaufbereitungsanlagen entweder den Ressourcen oder den Kunden folgen. Transportkosten und negative Auswirkungen auf die Umwelt ließen sich so minimieren.

Bildergalerie

  • Sandtransport auf dem Fluss Kali in Indien: Der Handel mit der kostbaren Ressource ist sehr attraktiv geworden, da sie die Grundlage für eine moderne Gesellschaft darstellt.

    Bild: Pixabay, sarangib

  • Modell einer semistationären Sandaufbereitungsanlage: Die Beispielkonfiguration erzeugt rund 35 t verkaufsfähige Sande oro Stunde.

    Bild: Rhewum

  • Flowsheet der Sandaufbereitungsanlage: Enthalten ist nur das Nötigste zur Erzeugung von Sand aus Kies.

    Bild: Rhewum

  • Mobile Sandklassierung: Hier im Einsatz ist Rhewums Liberty-Screen-Maschine.

    Bild: Rhewum

  • Der Linearschwingsieb Rhewum Rius: Er eignet sich für unterschiedlichste Trennungen und Materialtransport.

    Bild: Rhewum

  • Antriebsprinzip von Rhewums WA- und WAU-Siebmaschine: Die Anregung des Siebgewebes erfolgt direkt durch eine hochfrequente Schlagleistenbewegung, während das Siebgehäuse statisch bleibt.

    Bild: Rhewum

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